中国科学技术大学化学系俞书宏

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近日，英国皇家化学会《化学会评论》以“Tutorial Review”的形式发表了中国科学技术大学俞书宏院士课题组受邀撰写的评述论文“Soft chemistry of metastable metal chalcogenide nanomaterials”（Chem. Soc. Rev. 2021, DOI: 10.1039/d0cs00881h），阐述了利用“软化学”反应策略对亚稳态金属硫族化合物纳米结构进行物理化学调控的研究进展。
       亚稳态金属硫族化合物纳米材料具有丰富的组分和晶相，可调的电子结构，而且易于发生各种化学转化，这为探究和发展纳米尺度的物理化学调控策略提供了崭新的视角和广阔的平台。软化学调控指的是在不完全破坏原有特征的前提下，实现可控的转化或基于此构筑更高级的结构。软化学反应通常在温和条件下进行，因而易于实现对化学反应过程和机理的调控，从而可以根据需要控制反应参数，对产物的组分和结构进行设计，进而达到裁剪其物理化学性质的目的。

       近年来，俞书宏院士课题组围绕亚稳态金属硫族化合物纳米材料的“软化学”调控开展了系统的研究。研究人员发展了硫化铜基异质纳米结构的精准合成（Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 6365; J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 12913），并拓展到多元铜基硫族纳米晶的组分和晶相控制（J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 5576; Nat. Commun. 2020, 11, 5194）；利用内在热转换反应和配体驱动的化学还原合成银基硫族纳米晶及其异质纳米结构的路径（Small 2013, 9, 3765; J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 5390）；分别提出了区域选择性生长方法和“脉冲式轴向外延生长”方法连续催化生长成功合成了手性II–VI族半导体基异质纳米结构、尺寸和结构可调的一维胶体量子点-纳米线分段异质结（Nat. Nanotechnol. 2020, 15, 192; Nat. Commun. 2018, 9, 4947）；发展了二元软模板法控制合成硒化镍超细纳米线的新方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 4020），实现了硫化镍基异质纳米结构维度和物相的可控合成（CCS Chem. 2021, 3, 58）；提出了磷掺杂和碱加热诱导硒化钴从立方相向正交相的晶相转变策略（Nat. Commun. 2018, 9, 2533; Nat. Commun. 2019, 1, 5338）。进一步探索了这些材料在催化和能量转换等领域的应用。
       在该评述论文中，作者详细分析了金属硫族化合物纳米结构亚稳特性的具体表现形式，如离子的迁移和空位、热不稳定性和结构不稳定性、化学反应活性和晶相转变，以及基于以上特征设计相应的“软化学反应”路径，包括离子交换、催化生长、分离或耦合、模板嫁接或化学转化及晶相的稳定或构建。作者重点介绍了利用以上设计原则和转化规律对亚稳态金属硫族化合物纳米结构进行合成、修饰和功能化的最新进展。最后，作者对亚稳态金属硫族化合物纳米结构“软化学”调控研究的未来发展进行了展望，并提出了对这个领域主要存在的机遇及挑战的个人见解。
      上述研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、重点项目、中国科学院前沿科学重点研究项目、合肥综合性国家科学中心、合肥大科学中心的支持。
      论文链接：https://pubs.rsc.org/ru/content/ ... 00881h#!divAbstract
      （合肥微尺度物质科学国家研究中心，化学与材料科学学院，科研部）

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几丁质是自然界中蕴藏量第二的天然高分子，广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的甲壳和真菌的胞壁中，具有可再生、可降解、生物相容性好、成本低廉等优势。由于水凝胶材料具有独特的形态、刚度、对不同类型分子的渗透性和与细胞外基质相似的特性，几丁质水凝胶是临床医学、组织工程、人造器官和数字医学等研究和应用领域的首选材料之一。然而由于分子内和分子间氢键的存在，几丁质不易溶解于一般溶剂中，导致其可加工性不足，严重限制了其利用。目前制备几丁质水凝胶的常用策略是在特殊的溶液体系中溶解几丁质，然而这些特殊体系过于严苛。因此，开发一种绿色、高效的几丁质水凝胶制备策略具有重要意义。

      近日，中国科学技术大学俞书宏院士团队从可溶于弱酸的壳聚糖出发，基于壳聚糖凝胶的化学转化成功实现了几丁质水凝胶的绿色高效制备。水凝胶内酰胺键的形成使的几丁质水凝胶具有优异的力学性能、体外抗溶胀和抗过快降解的能力，并对极端温度、极端酸碱和各种有机溶剂有较好的耐受性等。通过辅助冷冻铸造策略，进一步构建了几丁质水凝胶的各种仿生结构，这既赋予了几丁质水凝胶各种各向异性特征，也加速了溶剂交换过程从而缩短了制备时间。该几丁质水凝胶还展现出高含水量、高抗污能力、无细胞毒性等优异性能，有望在生物医学领域实现临床应用。论文第一作者为中国科大博士研究生刘瑞瑞，通讯作者为中国科大俞书宏院士、茅瓅波副研究员以及安徽医科大学周咏副教授。
       文章信息：Liu R-R, Shi Q-Q, Meng Y-F, et al. Biomimetic chitin hydrogel via chemical transformation. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5886-5.